焊接工艺船舶结构

船舶工程系蔡志伟

船舶结构焊接工艺编制第一页，共三十六页。项目四、船舶舾装件装焊工艺编制一、知识目标1．掌握常见舾装件的焊接工艺要求；2．学会常见舾装件的焊接工艺分析；3．掌握常见舾装件的焊接工艺编写方法。二、能力目标1．能够读识船舶舾装件焊接施工图并能进行船舶舾装件的焊接工艺分析；2．能够设计或选择简单工夹具；3．能编制典型舾装件焊接工艺并提出相关技术措施。第二页，共三十六页。4.2任务二艉柱的装焊工艺编制一、知识目标1．了解艉柱的制造要求和安装要求；2．了解主艉柱焊接变形的预防及控制方法。二、能力目标1．能读识艉柱的结构与安装图；2．能进行艉柱的定位和装配；3.能编写艉柱的焊接工艺并组织实施。第三页，共三十六页。4.2.1艉柱的装焊4.2.1.1艉柱的装焊概述艉柱由铸钢、锻钢制成，或与钢板组合而成。大型船舶一般采用铸钢结构。尾柱的形式复杂且受铸造设备的限制，所以要分成几段浇铸，再经过装配焊接而成为一个整体。艉柱焊接采用电渣焊，焊时热量很大，容易产生变形。而艉柱又是舵和螺旋桨的支承，既需要有足够的强度，又要求外形正确，因此对艉柱的质量要求很高。为了保证装配质量和便于施工，一般艉柱装配都是在胎架上采用卧式装配法进行的，胎架设在平台上。下面介绍铸钢艉柱的装配方法。第四页，共三十六页。（1）简要装焊步骤平台上划出艉柱轮廓线、轴线、舵杆中心线、水线、肋骨线→竖立艉柱安装模板→吊装艉柱零件→开准对接坡口→吊对艉柱型线、尾轴与舵轴中心→装配定位→加强→焊接→拆除模板定位焊→矫正变形→（焊缝热处理）→修顺与外板的搭接边缘→测量。（2）装焊步骤说明1）接头端面的准备以（图8-27）为例，该艉柱共分6段，有5个接头，采用电渣焊焊接。第五页，共三十六页。艉柱分段示意图第六页，共三十六页。2）平台上画线和制造胎架3）装焊艉柱绘制艉柱轮廓线

第七页，共三十六页。4.2.1.2艉柱的安装（案例说明）某厂为德国船东建造的502／275TEU集装箱多用途船是单甲板、双底双壳、球鼻首、方尾、尾机型机动船。此船配单机单浆、带轴带发电机、首侧推、贝克舵、液压舱口盖、克令吊、采用无人机舱。该船入级为GL级，并且许多地方要满足德国SBG的严格要求。为了确保该船的建造质量，在建造过程中采用了许多新的工艺并设立多项技术攻关项目，尾柱的安装及焊接工艺就是其中的一项。第八页，共三十六页。该船尾柱高约4．4m，长为1．816m，最宽处约为1．2m，自重约108kN。结构复杂、尺度大、重量大。对整体浇铸的尾柱安装，传统的工艺方法是在总装线船台上待分段合拢后再拉主机轴线采用正造的方法定位安装尾柱，此工艺方法容易控制主机轴线及舵中心线偏差，但是仰焊的工作量大，船台周期较长。为了缩短造船周期，同时保证建造质量及精度，决定502／275TEU集装箱船尾柱的安装分两步进行：先将7100平台一上甲板及基线(8L)～7100平台上、下两个反造的小分段合拢成如总段，然后在AO2总段上采用反造的方法安装整体浇铸的尾柱，见图1。第九页，共三十六页。图艉柱在A02分段上的相对位置图

第十页，共三十六页。据此法建造，主机轴线及舵中心线在分段建造时要准确定位，尾部分段在建造及运输翻身时应严格控制变形，并确保尾柱轴线，舵中心线在分段合拢后不超差。其安装及焊接工艺如下：（1）艉柱安装的精度要求1）艉柱采用整体浇铸而成，艉柱的轴毂孔在内场加工，尾柱上船安装后，外场不镗孔，轴毂与尾轴管采用浇铸环氧树脂胶合，并且要求轴毂孔与尾轴管间隙为18mm(单边)。2）艉柱安装时除了要保证与船壳光顺对接外，必须保证轴毂孔中心线与轴线相对偏差在士2mm范围内。第十一页，共三十六页。（2）艉柱的定位及安装1）定位基准面的选取见图1，A02分段上甲板#2+150～#9+100，横向左右舷距舯5100的范围内为一水平面，因此选择此水平面作为A02上下两个小分段合拢及尾柱轴中心线定位的基准面。第十二页，共三十六页。①用激光经纬仪选取上甲板#2+150肋位上中点，左、右两边距舯5100两点，上甲板#5、#7、#9+150肋位上中点，左、右两边距舯5100两点检测，取所测的上述12点的平均值作为基准面值。②用经纬仪将基准面值过到#12舱壁的中点及舷边两点上，并在#3肋位舷边两点也过上基准面值。③为了保证总装顺利，用经纬仪检测环缝处(#2+150及#12+150)在上甲板上的中点及两舷边型值与样台实际型值偏差，与基准面值的偏差及12壁与基准面的垂直度。④用经纬仪将#2+150卯及#12壁的甲板中点垂直过到#12壁与外板相接处，并将上、下两中点连成一根垂直于基准面的直线，轴线在#12壁及#2+150上的点应在此直线上。第十三页，共三十六页。⑤在平台上固定好经纬仪，按基准面高度值测定轴线在#12壁上的点，然后用激光经纬仪将此点射向#11、#10、#9肋板上，并在上述肋板上以射线为中心划直径约为350mm的圆线，并割孔(便于轴线钢丝通过)和在#12壁上安装“A”靶架及#3外板上装“B”临时靶架，并找出前靶点“a”及尾靶点“b”，在以上靶点锯出钢丝线口，并拉好轴系中心钢丝线。见图2、3。第十四页，共三十六页。第十五页，共三十六页。3）艉柱的安装步骤①艉柱安装前，A02分段的7100平台上、下两个小分段应在反造胎架上合拢完毕。另外，船壳外板仅留下图1所示的A板不装，待尾柱装好后再装。②将已加工好并交验合格的尾柱放置于车间预制平台上，在上面安装起吊吊环，吊环装在尾柱底部#6、#8肋位中纵处，确保尾柱处于较直的位置；第十六页，共三十六页。③将艉柱吊上已经合拢好的A02总段上，按轴中心线的高度尺寸初步定位，然后分别通过靶点“a”及“b”拉好轴心钢丝线(钢丝线直径为0．8mm)，吊坠重60+0.5kg，并用经纬仪复核一次轴线钢丝首尾靶架的高度，最后通过调整轴孔前后端面距钢丝线的距离将艉柱准确定位，并施定位焊。④定位后重复一次检测轴线和尾柱的定位情况，经确认后进行正式焊接。焊接时，钳工应随时测量尾轴管内孔与轴心钢丝线的变化情况，其值控制在图3所示的范围内。尾柱前端内孔水平方向L3=L4；垂直方向Ll一L2=一2.32～一1．32mm；尾柱后端内孔水平方向L3=L4；垂直方向Ll一L2=一4.08～一5．08mm。由于艉柱柱体在轴线上的焊接量要大于轴线下的焊接量(轴线上有4700、3800两个平台，一道纵向筋板及铸体对接缝)，焊接后，轴毂孔前后将产生向上的位移，对此采取反变形措施，将轴毂孔前后中心与轴线有意向下形成2～3mm偏差。第十七页，共三十六页。（3）艉柱的焊接由于尾柱的板较厚，与A02总段的焊接量较大，焊接的顺序及方法对控制尾柱的安装精度非常关键。第十八页，共三十六页。1）焊接方法采用手工电弧焊打底，然后用CO2气体保护半自动焊的方法分多层封盖。CO2气体保护焊焊丝为H08Mn2SiA，焊丝直径为1.2，焊接电流应控制在100～120A。由于铸钢件的厚度较大、形状复杂、含碳量高，手工焊条应采用抗裂性较好且较小直径(一般选3．2)的低氢焊条，焊接电流控制在140～160A。焊前铸钢件焊缝边应采用预热措施，预热温度一般为120℃～200℃。2）焊缝坡口设计图4节点A表示艉柱外板开单边过渡坡口与尾柱外板相接的尾分段外板开K型双边坡口。图4节点B表示艉柱壳板与#8肋板单面T型角接的坡口型式，#8肋板与艉柱壳板角接缝只能单边施焊，因此在一边先焊一5×40的垫板，然后将#8肋板装上再施焊。图5表示与尾柱1250、39OO、4700平台板及纵隔板相接的尾分段平台板开K型双边坡口，艉柱1250、39OO、4700平台板及纵隔板开单边或双边过渡坡口。第十九页，共三十六页。第二十页，共三十六页。3）焊接程序为了控制变形，焊接过程中应由两人对称等速施焊，上一道焊冷却后才能施下一道焊，而且采用跳焊的方法。将从底部至4700平台合拢口共分成左右对称的八段焊接，将4700平台处的水平环形合拢缝第二十一页，共三十六页。第二十二页，共三十六页。共分成左右对称的三段，按图4及图6所示的方向及顺序焊接，并随时测量尾轴管中心线是否在要求的精度范围内，若有偏离，应及时处理。处理的方法主要是通过分析偏离的方向，用调整焊接部位及焊接量的方法来修正偏差。实践证明，采用此种方法来定位安装尾柱，使得原来需要在总装船台安装尾柱提前到分段上安装，即可以改善施工条件、减轻劳动强度，又可以保证安装精度、提高安装效率、缩短安装的时间，大型铸钢尾柱的安装应推广此种方法。第二十三页，共三十六页。4.2.3艉轴支架焊接工艺（案例说明）某型船后艉轴架采用双臂支架，由于两支撑臂间距及轴毂下端到支臂顶端的几何尺寸较大(如图1所示)．整体浇注困难，浇注时的扭曲变形难以控制，综合考虑工件尺寸、浇注质量、经济性等因素，笔者将支撑臂在近毂端断开，分段浇注，焊接组合成形。第二十四页，共三十六页。艉轴架及局部剖面图第二十五页，共三十六页。艉轴架的化学成分及力学性能见表1第二十六页，共三十六页。1.焊接特性分析（1）ZG230—450C船用铸钢，含碳量较高，淬硬倾向大，在热影响区容易产生低塑性的马氏体组织，在焊接应力作用下容易产生裂纹[。因此，必须制定严格的焊前预热、焊接时道间温度控制和焊后缓冷的工艺措施。（2）艉轴架支撑臂剖面呈机翼型(图1)，最大厚度60mm．随着板厚的增加，焊接接头的冷却速度加快，促使焊缝金属硬化，接头内残余应力增大，需要选用抗裂性能好的低氢型焊条I2]，焊接坡口要避免设计成窄而深的形状，防止产生焊接热裂纹。（3）由于含碳量较高，焊接时需注意减少氢的来源。焊前彻底清除待焊部位及其附近各种杂质，焊条必须烘焙，对已溶人焊缝和热影响区的氢，需要采取后热措施使之向外扩散。（4）为减少母材金属溶人焊缝中的比例，影响焊缝的力学性能，焊接接头需做成U形或V形坡口，打底焊及与母材接触面焊应选用小直径焊条、小焊接电流，以减少熔深。第二十七页，共三十六页。2.实际工程应用（1）组合艉轴支架组合前，应仔细检查艉轴架的表面及内部质量，铸件应无浇、冒El残根，无粘沙、氧化皮、气孔、缩孔、裂缝和结疤等缺陷，内部经超声波探伤符合GB／F7233—1987铸钢件超声探伤及质量评级方法Ⅱ级要求。第二十八页，共三十六页。

马板固定支撑臂图

第二十九页，共三十六页。（2）焊前准备彻底清除坡口及坡口边缘100mm范围内油污、铁锈、水分等杂质，焊条选用J507低氢型焊条，并经350～400°，烘焙2h，打底及与母材接触面焊选用西2．5mm焊条，直流反接小参数施焊，其余各道选用3．2mm焊条，焊接方式均采用分段退焊法。第三十页，共三十六页。（3）焊前预热用绳式加热器对焊缝两侧各300mm范围进行预热，加热至90～100℃时，停止加热，待热量向母材内部充分传导，用测温计测量各点温度基本一致后，继续加热至120～150℃，达到预热温度后，可立即进行焊接。第三十一页，共三十六页。（4）焊接过程控制为减小焊接变形，平焊至单面坡口113处．将艉轴架翻转放平，碳弧气刨清根后，用扁砂轮打磨清除渗碳层与熔渣，直至露出金属光泽后焊接该面坡口，焊满为止，再将艉轴架翻转，将未焊满部分焊完。焊接结束，立即用石棉布包裹缓冷，并加热至200℃，保温2h，使已溶入焊缝和热影响区的氢向外扩散。第三十二页，共三十六页。3.焊接中应注意的几个问题（1）为保证焊接质量，各层各道焊的引弧、熄弧点要错开。（2）施焊时，应派专人清理道与道、层与层间的氧化物，对局部出现的咬边、夹渣及引、熄弧段均用扁砂轮机彻底打磨出白，然后施焊。（3）碳弧气刨产生的高碳晶粒是产生焊接裂纹的致命原因，所以必须彻底打磨干净。（4）焊接道间温度控制不得低于预热温度。（5）焊接过程中需锤击热态焊缝金属，以减小焊接应力。第三十三页，共三十六页。4.焊后热处理第三十四页，共三十六页。思考题艏柱的装焊工艺分析要点：根据制造方式，艏柱可分为锻造艏柱、铸造艏柱、钢板焊接艏柱和由铸钢加钢板焊接混合组成的艏柱等几种形式。艏柱装配在胎架上进行，有正装和侧装两种。所谓正装，它的胎架基面垂直于中纵剖面。这种方法适用于较平直的艏柱。而侧装（卧式装配法）胎架的基面平行于中纵剖面。第三十五页，共三十六页。内容总结船舶工程